CN104445845B - 一种快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法，所述方法将重金属污染的厌氧氨氧化污泥，用蒸馏水清洗，将水洗后的污泥加入密闭容器中，加入pH值为7.40～7.60的清洗液，通入氩气除氧后密闭；再放入30～35℃恒温摇床中，在150～200rpm下避光振荡，最后将振荡后的泥水混合物离心，取沉淀即为缓解重金属抑制的厌氧氨氧化污泥；本发明方法可有效缓解重金属对厌氧氨氧化污泥的抑制作用，高效去除污泥表面吸附的重金属，快速提高厌氧氨氧化细菌的脱氮活性。

Description

一种快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种提高厌氧氨氧化污泥活性的方法，特别涉及一种快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制作用的方法。
(二)背景技术
近年来含氨废水过量排放，造成了水体富营养化等一系列生态环境问题。含氨废水的高效低耗处理一直是污水处理领域的难题。
厌氧氨氧化工艺因其无需外加有机碳源、脱氮负荷高、运行费用低、占地空间小等优点成为目前最经济的新型生物脱氮工艺之一。经过二十多年的研究和应用，厌氧氨氧化技术已经在市政污泥水处理领域得到了成功应用，未来扩展应用于工业废水处理领域是其发展的必然。但是，一方面由于厌氧氨氧化菌生长缓慢(倍增时间长达11d)，且对环境条件敏感，另一方面由于实际废水成分复杂，常含有厌氧氨氧化菌的抑制物，限制了厌氧氨氧化工艺在实际工业废水处理工程中的应用。
而重金属就是多种含氮废水中常见的有毒污染物之一，禽畜养殖废水、垃圾渗滤液、制革等高含氮废水中含有的重金属离子(如Cu2+、Zn2+)一直是制约厌氧氨氧化脱氮技术进一步应用的障碍。而且含重金属废水成分复杂，重金属之间以及重金属与其他抑制物之间存在复杂的互作作用(增强、相加、无关、拮抗)，短期会对微生物产生急性毒性影响，某些重金属还会长期蓄积在微生物中，破坏细胞膜，抑制酶活。
现有的关于受重金属抑制微生物的恢复研究中，采用的策略主要有预处理、pH、FA、进水基质浓度、负荷、抑制剂浓度、污泥驯化、菌种流加等调控，存在针对性不强，恢复时间长，恢复效果不明显等弊端。急需开发新方法、新策略。
针对这些问题，本发明提出了一种快速缓解重金属对厌氧氨氧化细菌毒性作用的方法。可有效缓解重金属对厌氧氨氧化污泥的抑制作用，高效去除污泥表面吸附的重金属，快速提高厌氧氨氧化细菌的脱氮活性。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制作用的方法。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种快速激活重金属污染的厌氧氨氧化污泥活性的方法，所述方法为：(1)取重金属污染的厌氧氨氧化污泥，用去离子水清洗(优选清洗5～8次)，将水洗后的污泥加入密闭容器中，加入pH值为7.40～7.60的清洗液，通入氩气除氧后密闭；(2)将密闭容器放入30～35℃恒温摇床中，在150～200rpm下避光振荡，形成上层清液和下层污泥的泥水混合物，振荡至下层污泥中重金属去除率大于80％，且上层清液中重金属离子浓度在1h内的变化小于5％；最后将振荡后的泥水混合物离心，取沉淀即为缓解重金属抑制的厌氧氨氧化污泥；
所述清洗液为含终浓度0.1～2mMEDTA二钠的培养液，所述培养液组成为：50～100mg·L-1基质NH4 +-N、50～100mg·L-1NO2 --N，所述基质NH4 +-N与基质NO2 --N浓度比为1:1，无机盐浓缩液50ml·L-1，微量元素Ⅰ1.25ml·L-1和微量元素Ⅱ1.25ml·L-1，溶剂为蒸馏水；
所述微量元素Ⅰ组成为：EDTA5.00g·L-1，FeSO49.14g·L-1，溶剂为蒸馏水；
所述微量元素Ⅱ组成为：EDTA15.0g·L-1，ZnSO4·7H2O0.430g·L-1，CoCl2·6H2O0.240g·L-1，MnCl2·4H2O0.990g·L-1，CuSO4·5H2O0.250g·L-1，NaMoO4·2H2O0.220g·L-1，NiCl2·6H2O0.210g·L-1，H3BO40.014g·L-1，溶剂为蒸馏水；
所述的无机盐浓缩液成分为：NaH2PO40.2g·L-1，MgSO4·7H2O1.172g·L-1，CaCl20.113g·L-1，NaHCO316.8g·L-1，溶剂为蒸馏水。
进一步，所述清洗液是用2M稀盐酸和1MNaOH水溶液将pH调节至7.40～7.60。
进一步，所述重金属污染的厌氧氨氧化污泥与清洗液体积比为1:5～15(优选1:10～11)，污泥浓度为2.0～3.0gVSS·L-1(即厌氧氨氧化污泥与清洗液的混合物中污泥浓度为2.0～3.0gVSS·L-1)。
进一步，所述重金属污染的厌氧氨氧化污泥中重金属终浓度为1～20gCu/gSS。
进一步，所述重金属包括Cu、Zn、Ni、Cr和Cd，优选Cu。
进一步，优选所述泥水混合物在1600～2000g下离心30～40min，获得缓解重金属抑制的厌氧氨氧化污泥。
本发明所述重金属污染的厌氧氨氧化污泥是指长期在高浓度重金属离子(5～12mg/L)胁迫下运行的厌氧氨氧化污泥。
本发明的优点主要体现在：本发明方法可有效缓解重金属对厌氧氨氧化污泥的抑制作用，高效去除污泥表面吸附的重金属，快速提高厌氧氨氧化细菌的脱氮活性。
(四)附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为不同浓度EDTA下铜离子去除率随时间的变化曲线图。
图3为不同浓度EDTA清洗后的污泥厌氧氨氧化活性(SAA)柱形图。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
参照图1所示的流程，进行快速激活重金属污染的厌氧氨氧化污泥活性的试验。
试验污泥：取自在35℃恒温室中长期运行的上流式厌氧污泥床反应器(有效体积1.0L，污泥浓度20gVSS/L)，在铜离子终浓度分别在5mg/L、8mg/L、10mg/L、12mg/L时各运行了两周，最终总氮去除速率(NRR)为0.05kgN·m-3·d-1。
取泥用去离子水清洗5次，用量筒量取10ml水洗后的污泥(铜离子含量为15.7gCu/gSS)加入带塞血清瓶中，加入清洗液110ml，用2M稀盐酸和1M的NaOH水溶液调节pH至7.40～7.60。向血清瓶中充入氩气除氧10min后密闭，然后放入35℃恒温摇床中，180rpm下避光振荡240min，形成上层清液和下层污泥的泥水混合物。前30min每隔10min用注射器取上层清液一次，30min后每隔30min取样一次，每次取样3ml，水样4℃保存，用于原子吸收分光光度计测定铜离子浓度，振荡至下层污泥中重金属去除率大于80％，且上层清液中重金属离子浓度在1h内的变化小于5％，最后将将振荡结束后的泥水混合物在1600g下离心30min，移除上层水样后污泥用于厌氧氨氧化活性测定(测定在35℃时，单位质量的厌氧氨氧化菌总氮消耗速率)。
根据水样中铜离子含量与初始污泥中总铜含量的比值即为铜离子解析率。铜离子去除率随时间变化的数据如图2所示，清洗后厌氧氨氧化活性如图3所示。从图2-3中可知当EDTA二钠浓度处于0.1～2mM时，清洗后厌氧氨氧化活性能快速提升，当振荡清洗210～240min后，铜离子的去除率率不再明显增加。说明该方法可有效缓解重金属铜对厌氧氨氧化污泥的抑制作用，高效去除污泥表面吸附的重金属铜，快速提高厌氧氨氧化细菌的脱氮活性。
所述的清洗液为含终浓度0.1mM螯合剂EDTA二钠的培养液，所述培养液组成为：100mg·L-1基质NH4 +-N、100mg·L-1基质NO2 --N，所述基质NH4 +-N与基质NO2 --N浓度比为1:1，无机盐浓缩液50ml·L-1，微量元素Ⅰ1.25ml·L-1和微量元素Ⅱ1.25ml·L-1，溶剂为蒸馏水。
所述的无机盐浓缩液成分为NaH2PO40.2g·L-1，MgSO4·7H2O1.172g·L-1，CaCl20.113g·L-1，NaHCO316.8g·L-1，溶剂为蒸馏水。
所述微量元素Ⅰ组成为：EDTA5.00g·L-1，FeSO49.14g·L-1，溶剂为蒸馏水；
所述微量元素Ⅱ组成为：EDTA15.0g·L-1，ZnSO4·7H2O0.430g·L-1，CoCl2·6H2O0.240g·L-1，MnCl2·4H2O0.990g·L-1，CuSO4·5H2O0.250g·L-1，NaMoO4·2H2O0.220g·L-1，NiCl2·6H2O0.210g·L-1，H3BO40.014g·L-1，溶剂为蒸馏水。
同样条件下将培养液中EDTA二钠的终浓度改为0.5mM、1mM、2mM、5mM、10mM、20mM，以0mMEDTA二钠作为对照。

Claims (6)

1.一种快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法，其特征在于所述方法为：(1)取重金属污染的厌氧氨氧化污泥，用去离子水清洗，将水洗后的污泥加入密闭容器中，加入pH值为7.40～7.60的清洗液，通入氩气除氧后密闭；(2)将密闭容器放入30～35℃恒温摇床中，在150～200rpm下避光振荡，形成上层清液和下层污泥的泥水混合物，振荡至下层污泥中重金属去除率大于80％，且上层清液中重金属离子浓度在1h内的变化小于5％；最后将振荡后的泥水混合物离心，取沉淀即为缓解重金属抑制的厌氧氨氧化污泥；
所述清洗液为含终浓度0.1～2mMEDTA二钠的培养液，所述培养液组成为：100mg·L-1基质NH4 +-N、100mg·L-1基质NO2 --N，所述基质NH4 +-N与基质NO2 --N浓度比为1:1，无机盐浓缩液50ml·L-1，微量元素Ⅰ1.25ml·L-1和微量元素Ⅱ1.25ml·L-1，溶剂为蒸馏水；
所述微量元素Ⅰ组成为：EDTA5.00g·L-1，FeSO49.14g·L-1，溶剂为蒸馏水；
所述微量元素Ⅱ组成为：EDTA15.0g·L-1，ZnSO4·7H2O0.430g·L-1，CoCl2·6H2O0.240g·L-1，MnCl2·4H2O0.990g·L-1，CuSO4·5H2O0.250g·L-1，NaMoO4·2H2O0.220g·L-1，NiCl2·6H2O0.210g·L-1，H3BO40.014g·L-1，溶剂为蒸馏水；
所述的无机盐浓缩液成分为：NaH2PO40.2g·L-1，MgSO4·7H2O1.172g·L-1，CaCl20.113g·L-1，NaHCO316.8g·L-1，溶剂为蒸馏水。
2.如权利要求1所述快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法，其特征在于所述清洗液是用2M稀盐酸和1MNaOH水溶液将pH调节至7.40～7.60。
3.如权利要求1所述快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法，其特征在于所述重金属污染的厌氧氨氧化污泥与清洗液体积比为1:5～15，污泥浓度为2.0～3.0gVSS·L-1。
4.如权利要求1所述快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法，其特征在于所述重金属污染的厌氧氨氧化污泥中重金属终浓度为1～20gCu/gSS。
5.如权利要求1所述快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法，其特征在于所述重金属包括Cu、Zn、Ni、Cr和Cd。
6.如权利要求1所述快速缓解重金属对厌氧氨氧化污泥活性抑制的方法，其特征在于所述泥水混合物在1600～2000g离心力下离心30～40min，获得缓解重金属抑制的厌氧氨氧化污泥。
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